MnO_2@graphene复合材料的制备及其对微生物燃料电池阴极氧还原反应的催化活性

以高锰酸钾、草酸锰、石墨烯为原料,采用化学共沉淀法制备MnO_2@graphene复合材料,用X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱、扫描电镜、比表面测定等对其进行表征。以MnO_2@graphene为MFC阴极氧还原反应催化剂,采用循环伏安法和电化学阻抗法研究MnO_2@graphene催化电极对氧还原反应的催化活性。结果表明:粒度为400 nm左右的MnO_2颗粒通过静电相互作用均匀而牢固地分散在纸片状graphene表面,形成MnO_2@graphene复合材料。循环伏安测试结果表明:当扫描速率为5 m V/s时,虽然MnO_2@graphene催化电极在p H为7.0的磷酸盐缓冲体系(PBS)的氧还原反应起峰电位比Pt/C催化电极负0.048V,但其峰电位(-0.440 V)与Pt/C催化电极的起峰电位(-0.434 V)接近。随着循环次数的增加,MnO_2@graphene催化电极的起峰电位稍有下降,但峰电流密度下降很小,表明MnO_2@graphene催化剂具有更好的氧还原催化活性和更优秀的循环稳定性。电化学阻抗实验发现:MnO_2@graphene催化电极的电荷转移阻抗为12.6?,比同条件下Pt/C催化电极和MnO_2催化电极的低,表明由于graphene增加MnO_2的导电性,降低催化电极电荷转移阻抗,加快电子的转移速率,促进阴极氧还原反应。     

Q235钢在模拟海水环境混凝土孔隙液中阴极氧还原反应的动力学研究

通过用循环伏安和旋转圆盘电极伏安等电化学方法研究了Q235钢在模拟海水环境下的混凝土孔隙液中阴极氧还原反应行为及动力学参数.结果表明：在0.02 mol/L Ca(OH)2溶液中氧还原反应在阴极反应电位范围内,最初为混合过程控制的二电子反应即O2还原为HO-2,电位较负时为扩散过程控制的四电子反应,反应的最终产物为OH-.0.02 mol/L Ca(OH)2+3.5% NaCl溶液中氧还原反应半波电位与无氯离子溶液体系相比发生正移,氧还原反应以四电子反应为主,反应的最终产物为OH-.     

热处理对Pt纳米线电催化性能的影响

采用阳极氧化铝(AAO)模板法电化学沉积制备了Pt纳米线催化剂,并进行了热处理。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试对热处理前后Pt纳米线催化剂的晶体结构、形貌和电催化性能进行了表征,并与商业碳载铂(Pt/C)做对比。SEM照片表明制备了表面粗糙的Pt纳米线。循环伏安法(CV)和计时电流曲线表明,Pt纳米线较Pt/C催化活性高,退火后Pt纳米线更利于甲醇氧化,且稳定性更好。旋转圆盘电极(RDE)测试研究发现,未经热处理的Pt纳米线催化剂氧还原反应(ORR)极化曲线的半波电势相对Pt/C有正移,有更大的极限扩散电流,利于氧还原反应的发生。     

硅钨酸修饰多晶铂电极及其电催化性能

通过循环伏安扫描制备了硅钨酸修饰多晶铂电极，在电极制备过程中发现，SiW12在Pt电极表面的氢区发生了氧化-还原反应，而在氧区使电极表面含氧粒子的吸附增加。通过循环伏安和恒电位I-t曲线研究了该修饰电极在硫酸溶液中的电化学行为和对甲醇氧化的电催化作用。研究结果表明：硅钨酸修饰多晶铂电极提高了甲醇氧化的催化活性和抗CO中毒性。     

聚苯胺基分散铂电极的电催化行为

为了改善铂基催化剂氧化甲醇的催化活性,采用循环伏安法制备了聚苯胺修饰分散铂电极(Pt-Pan/Pt)、聚苯胺和磷钼酸共同修饰分散铂电极(PMo12-Pt-Pan/Pt).并用循环伏安法研究了制备电极在0.5 mol·L-1H2SO4溶液中的电化学行为以及对甲醇氧化的催化效果.结果表明:PMo12-Pt-Pan/Pt电极对甲醇氧化具有很高的催化活性.PMo12-Pt-Pan/Pt电极对甲醇氧化的最大电流是33.43 mA,是Pt/Pt电极的1.37倍.催化活性的提高来源于聚苯胺和磷钼酸与铂的协同作用.     

氧化铁/氮掺杂碳纳米管催化剂的制备与氧还原性能研究

目的探索非贵金属作为燃料电池阴极催化剂的氧还原性能。方法采用磁控溅射的方法,在N2/Ar工作气氛中,将Fe溅射到碳纳米管阵列表面,同时将氮掺入样品中,然后在不同温度下退火制备氮掺杂碳纳米管负载氧化铁(Fe_2O_3/N-CNT)的氧还原催化剂。采用场发射扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪对样品的形貌、结构和成分进行分析。通过电化学测试研究样品的氧还原催化性能,并对样品的催化反应动力学进行研究。结果退火温度对样品的形貌和氧还原催化性能具有显著影响,样品的氧还原催化活性随着退火温度的升高先增强后显著下降。其中450℃退火的样品表现出最佳的催化性能,该样品在0.1 mol/L KOH溶液中的起始电位和峰电位分别为0.715 V和0.6 V,电子转移数在3.3~3.6之间。结论 Fe_2O_3/N-CNT具有较好的氧还原催化活性,其中吡啶氮是可能的氧还原催化活性位点。实验中催化剂的制备方法简便且成本低廉,是一种有望替代Pt基贵金属的电催化材料。     

La掺杂对Ti/Sb-SnO2电极改性机制的研究：电化学分析

为研究稀土掺杂对Ti/Sb-SnO_2催化电极的改性机理,采用溶胶凝胶法制备了La掺杂Ti/Sb-SnO_2电极,以苯酚为目标有机物,考察了电极的电化学性能。极化曲线和Mott-Schottky分析表明:La改性Ti/Sb-SnO_2电极的析氧电位先增大后减小,且在2.0 V电位下Sn:Sb:La(摩尔比)为100:10:1.5时电极交换电流密度值最大;改性后电极的平带电势负移,Mott-Schottky拟合直线斜率从2.96降为1.66,活性表面积增大,载流子浓度提升。循环伏安和交流阻抗分析表明:掺杂后电极电化学反应电阻减小,活性电荷由14.1μF提升至322μF;苯酚直接氧化峰电流增大,峰电位减小。以上结果解释了电极电催化活性提升的内在原因。     

Ni掺杂的Pt/C碱性条件下电催化氧还原性能(英文)

采用溶胶法制备了用于阴离子膜直接甲醇燃料电池的Pt-Ni/C阴极电催化剂,用XRD、XPS和TEM对催化剂进行了表征,电位线性扫描伏安法测试电化学活性及抗甲醇性.结果表明,制备的Pt-Ni合金颗粒分布均匀,粒径为3～5 nm;掺杂Ni元素可显著增加Pt的催化活性和抗甲醇性,在相同碱性电解液中,不同原子比例Pt-Ni/C的催化剂以Pt50Ni50/C的活性最高,抗甲醇性相对Pt/C有显著提高,在0.1 mol/L KOH溶液中其最大电流密度达到106 mA/mg,氧电还原起始过电位比Pt/C的小50 mV.     

Pt掺杂W-Ru-Se纳米簇合物电催化氧还原性能

以低温合成法制备了Pt掺杂的W-Ru-Se纳米簇合物,并应用旋转圆盘电极线性电位扫描法测试其对氧还原反应的电催化性能,采用XRD、EDS、XPS表征结构及表面组成。结果表明,掺杂Pt后W-Ru-Se对氧还原反应活性明显提高,尤其以掺杂5%Pt(质量分数, 下同)的W-Ru-Se活性提高最为显著,在0.5 mol?L-1 H2SO4中Pt-W-Ru-Se (5%Pt)的氧还原起始电位为0.25 V,峰电流密度为310 mA?mg-1,是W-Ru-Se峰电流密度的2.2倍,活性接近于Pt/C。电解液中存在甲醇时,Pt-W-Ru-Se (5%Pt)的活性和抗甲醇性优于Pt/C     

天然海水中NaN_3对316L不锈钢表面微生物膜催化阴极氧还原的影响

利用荧光显微观察技术选择临界使用浓度的NaN3,分别在O2及N2气氛下采用循环伏安及电化学阻抗技术研究其氧还原过程的电化学行为。结果表明,不锈钢表面的生物膜能够加大还原峰电流密度值,当使用临界浓度的NaN3处理不锈钢试样后,还原峰值明显减小,且峰电位均负移。微生物膜能够促进电子传递给最终电子受体O2,同时降低不锈钢材料发生腐蚀的可能性。由此推测,天然海水中,316L不锈钢表面微生物膜改变了传统阴极氧还原的电子传递途径,即加速了O2作为最终电子受体的电子传递过程,催化了O2的还原;同时,还能够抑制不锈钢材料的腐蚀。     

Pt和Sb、S吸附原子修饰的Pt电极上1,3-丁二醇吸附和氧化过程

应用电化学循环伏安和石英晶体微天平（EQCM）研究了1，3－丁二醇（1，3－BDL）在Pt电极和以Sb,S吸附原子修饰的Pt(Pt/Sbad和Pt/Sad)电极上的吸附和氧化过程，从电极表面质量变化的结果分析，可认为1，3－丁二醇的氧化与电极表面氧物种有着极其密切的关系。Pt电极表面Sb吸附原子能在较低的电位下吸附氧，可显著提高1，3－丁二醇电催化氧化活性，与Pt电极相比较，饱和吸附Sb原子的Pt电极，1，3－丁二醇氧化的峰电位负移了0．25V，峰电流增加了近1倍，相反，Pt电极表面S吸附原子的氧化会消耗表面氧物种，饱和吸附S原子的Pt电极上1，3－丁二醇的电氧化受到抑制，本文从表面质量变化提供了吸附原子电催化作用的新数据。     

碱性锌酸盐体系中Zn的电沉积行为研究简

通过循环伏安、计时电位及电化学阻抗谱技术研究了碱性锌酸盐体系中Zn的阴极还原历程,采用计时电流法结合扫描电镜(SEM)研究了Zn的电化学成核机理。结果表明:溶液中Zn主要以Zn(OH)42-形式存在,Zn(OH)42-通过前置转化反应生成Zn(OH)2;Zn(OH)2在阴极界面上分两步放电,第一步放电后生成Zn(OH)ad吸附在电极表面,而后经第二步放电还原为Zn,两步均不可逆。外加电位为-1.40~-1.50 V时,体系中仅发生Zn(OH)2的第一步放电反应;电位负移至-1.60 V时,Zn(OH)2经历了两步放电过程,但Zn仅吸附在电极表面,电沉积过程处于一种非稳态;当电位负移至-1.70~-1.80 V时,吸附态Zn才持续进入晶格形成完整镀层。体系中Zn的电结晶过程遵循三维连续形核方式。     

金在硫酸介质中的钝化行为（英文）

采用不同电化学测试技术研究纯金和铂电极在硫酸溶液中的阳极行为。循环动电位法研究表明,金电极极化时会出现2个氧化峰和1个还原峰,而铂电极只有1个析氧反应峰出现。将硫酸浓度从0.5 mol/L增加到1mol/L时,金电极的峰电流密度增加2倍。动电位法研究表明,增加搅拌速度会提高金的钝化区域,而对铂电极无影响。2 h的恒电位法研究表明,在1mol/L硫酸溶液中,在3个不同的阳极电位极化下,1.4 V时金电极的腐蚀速率最低。电化学噪音技术测试研究表明,在16 h的电位衰退中,在恒电位极化时所形成的钝化膜已经溶解。     

PtPb/ C 催化剂的制备及其对甲酸电氧化的催化性能

目的通过Pb元素的添加来提高Pt/C催化剂电催化氧化甲酸的性能。方法通过乙二醇协助硼氢化钠还原法,以氯铂酸为Pt源和硝酸铅为Pb源制备不同原子比的PtxPb/C催化剂。采用X射线衍射光谱法(XRD)和透射电子显微镜技术(TEM)表征样品的晶体结构和颗粒形貌;采用循环伏安法表征样品催化氧化甲酸的性能。结果利用乙二醇协助硼氢化钠还原法成功制得了Pt和Pb原子比不同的PtxPb/C催化剂,XRD和TEM测试结果表明这些样品均为Pt的面心立方结构,且颗粒大小均一、分散均匀,其平均粒径为4 nm左右。循环伏安测试结果表明PtxPb/C催化剂催化氧化甲酸的性能优于商业Pt/C催化剂的催化性能,且受Pt和Pb原子比的影响,当原子比为5∶1时,其对氧化甲酸的催化性能最好,峰电位对应的Pt的比质量活性达到2000 m A/(mg Pt),远远高于商业Pt/C,同时计时电流曲线表明其具备良好的稳定性。结论 Pb原子的加入影响了Pt原子的电子结构,与Pb对Pt的协同作用共同促进了CO等中间产物在Pt表面的快速氧化,降低了催化氧化甲酸的初始电位,促使甲酸在低电位直接氧化为CO2和H2O,提高了其催化氧化甲酸的峰电流,有效减轻了Pt中毒,提高了其催化活性。     

Pt和PtBi在H2SO4-CH3OH中的氧还原性能

采用氩弧熔炼后热处理方法制备了PtBi金属间化合物材料.采用循环伏安和旋转圆盘电极手段进行电化学性能测试.通过在0.5 mol/L H2SO4 0.25 mol/L CH3OH溶液中对氧还原的起始电位和电流密度大小比较发现,与光滑铂电极相比,PtBi金属间化合物具有良好的氧还原催化性能和抗甲醇中毒性能.从结构方面分析了PtBi具有抗甲醇中毒性能的原因,认为是PtBi中大的Pt-Pt间距不利于甲醇的吸附解离.X射线光电子能谱(XPS)结果表明,PtBi材料中Pt的d电子空穴增加,可能是导致PtBi电极表面氧还原电流增大的原因.     

热处理温度对Ti/SnO_2+SbO_x/MnO_x阳极析氧催化性能的影响

采用电沉积法在硫酸锰溶液中制备了钛基二氧化锰电极,研究了热处理温度(100～500℃)对Ti/SnO2+SbOx/MnOx电极析氧电催化性能的影响。采用X射线衍射、红外光谱分析方法对电极结构进行了表征,通过极化曲线、循环伏安曲线和电化学阻抗研究了电极在0.5mol/L K2SO4溶液中的析氧催化活性。结果表明,热处理温度为200℃时,没有改变其γ-MnO2晶型,但是Mn-O键力增强,析氧催化活性提高;200℃以上的热处理改变了MnOx晶型,但对改善电极析氧催化性能效果不明显。     

柠檬酸钠对Ni-Sn-Mo合金电沉积机理及析氢行为的影响

目的 在酸性柠檬酸钠体系中，研究了柠檬酸钠对Ni-Sn-Mo合金电沉积机理的影响，明确最大电极反应速率和析氢性能最好的合金镀层对应的柠檬酸钠浓度。方法 采用循环伏安法、电化学阻抗谱、计时电流法和阴极极化曲线，对不同柠檬酸钠浓度下Ni-Sn-Mo合金电沉积行为及析氢性能进行研究，采用扫描电镜对Ni-Sn-Mo合金的表面形貌进行表征，并用能谱仪检测合金的成分。结果 由循环伏安曲线得出Ni-Sn-Mo合金的电沉积是一个不可逆过程，当柠檬酸钠浓度为0.2 mol/L时，合金共沉积还原峰的电位最正（-0.96 V(vs. Ag/Ag+)）。由电化学阻抗谱可知，当柠檬酸钠浓度为0.1 mol/L时，在低频端出现扩散特征；当柠檬酸钠浓度为0.2~0.4 mol/L时，反应不受扩散影响；当柠檬酸钠浓度为0.2 mol/L时，极化电阻（Rp）达到最小值（11 718.1 Ω?cm2），电极反应最容易发生。由计时电流曲线可知，随着柠檬酸钠浓度的增大，Ni-Sn-Mo合金晶核形成始终遵循连续成核规律。由SEM和EDS分析表明，随着柠檬酸钠浓度增大，Ni-Sn-Mo合金的晶粒尺寸先减小后增大；随着合金中Sn含量增加，合金的晶粒由胞状转变为不规则形状。由阴极极化曲线和电化学阻抗谱可知，当柠檬酸钠浓度为0.1 mol/L时，析氢电位（-1.05 V）最正，电荷转移电阻（4.906 Ω?cm2）最小，析氢性能最好，从能量因素和几何因素上都改善了合金的析氢性能。结论 当柠檬酸钠浓度为0.2 mol/L时，还原峰电位最正，电极反应最容易发生。在Ni-Mo合金镀层中添加Sn，增加了镀层的比表面积，并且提高了电子传输速率，有利于析氢性能的提高。     

钽在碳酸乙烯酯-氯化铝溶剂化离子液体中的电化学行为（英文）

以钨丝为工作电极,通过循环伏安法研究碳酸乙烯酯-氯化铝(EC-AlCl_3)溶剂化离子液体中Ta(Ⅴ)的电化学还原机理。在EC-AlCl_3-TaCl_5离子液体的循环伏安曲线中出现4个还原峰,其中-0.55、-0.72和-1.12 V(vsAl)处还原峰对应的反应为Ta(Ⅴ)络合离子三步还原为金属钽,包括Ta(Ⅳ)和Ta(Ⅲ)络合离子的形成。络合离子Ta(Ⅲ)被还原为金属钽的过程受扩散控制且不可逆,其在323K下的扩散系数为3.7×10~(-7)cm~2/s,扩散活化能为77k J/mol。另外,对323K下的阴极产物进行扫描电子显微镜、能量分散光谱和X射线光电子能谱分析。结果表明,在-0.8 V下恒电位电沉积2 h的产物为金属钽和钽的氧化物。     

Mn_2O_3掺杂对MnO催化氧还原性能的影响

研究了纯相MnO以及Mn_2O_3掺杂MnO氧还原催化剂的结构和性能,用XRD、SEM、HRTEM等技术对样品进行测试。结果表明,氢气还原条件下可以得到Mn_2O_3掺杂的MnO,氨气还原得到纯相MnO。用循环伏安(CV)法、Tafal曲线法、时间-电流曲线和线性扫描伏安等方法对其催化氧还原性能进行分析。研究表明:MnO催化氧还原的峰值电压在–0.1 V到–0.5 V之间,Mn_2O_3的掺杂提高了氧还原峰值电流强度和电压;旋转圆盘电极(RDE)与旋转圆盘-环盘电极(RRDE)测试表明:Mn_2O_3掺杂MnO的催化氧还原反应主要是4电子反应,而纯相MnO催化氧还原主要是2电子反应。通过本研究表明:Mn_2O_3掺杂提高了MnO的催化氧还原性能,元素不同价态离子的共存提高了催化氧还原反应的活性。     

利用新颖的三层电极提高LiFePO4／C正极材料的电化学性能

对常用的两层电极（活性材料层｜集电极）进行改进,提出一种新颖的夹心状三层电极（导电材料层｜活性材料层｜集电极）以提高 LiFePO4/C 的电化学性能。充放电测试表明：相比两层电极,三层电极中 LiFePO4/C 表现出更优的倍率性能。循环伏安和电化学阻抗测试表明：相比两层电极,三层电极中LiFePO4/C材料中的Fe3＋/Fe2＋氧化还原电对表现出更快的氧化还原速度。更好的可逆性能以及更低的电荷转移阻抗。在三层电极中,活性材料层表层中与LiFePO4/C颗粒尺寸相当的孔洞被粒径小得多的乙炔黑微粒填充,形成LiFePO4/C颗粒间的导电连接,为暴露在电解液主体LiFePO4/C颗粒中的LiFePO4晶体提供更多运输电子到达或离开的路径。